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  小型挖掘机中的主要节能措施


  1 前言


  在《国家“九五”科技发展重点任务规划要点与关键技术纲要》中,工程机械高效节能液压系统的研究被列为“九五”期间主要开发内容及关键技术之一。


  工程机械的小型挖掘机的一个显著特点就是以内燃机作原动机,工作负荷变化频繁、幅度大、耗能量大,相应的技术要求是系统能量转换和利用率要高。在挖掘机液压系统中,为达到节能的目的,应解决两个问题。
小型挖掘机中的主要节能措施

  (1)小型挖掘机起始环节,即液压源需要的输出功率应与发动机的输出功率相匹配,充分利用发动机功率。虽然发动机能耗不直接反映在液压系统上,但液压系统设计和发动机选择不当,将导致发动机运行工况不合理,会使整个系统能耗增大,其核心是液压泵对柴油机功率的利用和传递。


  (2)小型挖掘机结尾环节,即液压系统的输出应与负载的运动和动力要求相适应。挖掘机作业过程中,经常需要频繁地进行两个或两个以上动作的复合运动,同时小型挖掘机在实际工作中由于工作环境复杂,外干扰强,工作负荷变化大,如处理不当会产生很大的压力损失和流量损失,其结果是泵的输出功率大大超过负载的需要,故此环节的节能尤为重要。为了达到节能的目标,在挖掘机液压系统中采取了两种主要措施,即伺服泵的微机控制和负荷传感液压系统。


  2 小型挖掘机的伺服泵的微机控制


  在小型挖掘机中,为了有效利用发动机功率及满足工况要求,一般使用变量泵。目前国内小型挖掘机广泛使用的是恒功率变量泵。是用泵斜盘倾角控制机构内的弹簧力与泵的排油压力相平衡来控制液压泵的流量,其特点是采用两根强弱不同但合套在一起的弹簧。


  在小型挖掘机的低压阶段(P<P1),压力低于弹簧预压力,弹簧不压缩,泵保持全流量。一旦压力超过弹簧预压力,两腔在压差不平衡力的作用下,首先使一根弹簧起作用(P1<P<P2),高压阶段两根弹簧同时起作用(P2<P<P3),故得到两段斜率不同的直线,组成近似恒功率特性。这种控制方式因存在如下缺点而不能有效、地利用发动机功率:
小型挖掘机中的主要节能措施

  (1)由于是用数根弹簧特性的折线,即两条斜率不同的直线来逼近设定的泵控制特性曲线(P-Q特性曲线,即双曲线),。(2)考虑到工作环境的大气压力、气温和湿度,以及燃料种类等会影响发动机输出功率,故在上述设定值上应预留约10%的裕量。


  (3)小型挖掘机的由于弹簧的刚度已定,只能满足单一的发动机的动力要求,不适合发动机功率的多模式选择。

小型挖掘机中的主要节能措施
  (4)小型挖掘机的不能实现变量泵的需求控制。为避免上述缺点,达到节能的目的,变量泵采用微机控制是必然趋势。因为微机可对油泵的输出功率进行精确控制,还可改善挖掘机的作业性能。


  小型挖掘机的常用的微机控制系统由变量泵、变量缸、电液伺服阀、泵阀控制器和压力传感器组成,使得发动机的功率几乎全部被利用,较好地解决了发动机功率与油泵的匹配问题,为液压系统实现高效节能奠定了基础。由于采用微机控制,还可使变量泵有效地利用发动机不同级别的功率,从而使小型挖掘机满足不同工况的要求,提高了效率,这是传统的恒功率变量泵所不能比拟的。


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